palacios/src/devices/lnx_virtio_console.c

   1 /*
   2  * This file is part of the Palacios Virtual Machine Monitor developed
   3  * by the V3VEE Project with funding from the United States National
   4  * Science Foundation and the Department of Energy.
   5  *
   6  * The V3VEE Project is a joint project between Northwestern University
   7  * and the University of New Mexico.  You can find out more at
   8  * http://www.v3vee.org
   9  *
  10  * Copyright (c) 2008, Jack Lange <jarusl@cs.northwestern.edu>
  11  * Copyright (c) 2008, The V3VEE Project <http://www.v3vee.org>
  12  * All rights reserved.
  13  *
  14  * Author: Jack Lange <jarusl@cs.northwestern.edu>
  15  *
  16  * This is free software.  You are permitted to use,
  17  * redistribute, and modify it as specified in the file "V3VEE_LICENSE".
  18  */
  19
  20 #include <palacios/vmm.h>
  21 #include <palacios/vmm_dev_mgr.h>
  22 #include <devices/lnx_virtio_pci.h>
  23 #include <palacios/vm_guest_mem.h>
  24
  25 #include <devices/pci.h>
  26
  27
  28
  29 struct console_config {
  30     uint16_t cols;
  31     uint16_t rows;
  32 } __attribute__((packed));
  33
  34
  35
  36
  37 #define QUEUE_SIZE 128
  38
  39 /* Host Feature flags */
  40 #define VIRTIO_CONSOLE_F_SIZE 0x1
  41
  42 struct virtio_console_state {
  43     struct console_config cons_cfg;
  44     struct virtio_config virtio_cfg;
  45
  46     struct vm_device * pci_bus;
  47     struct pci_device * pci_dev;
  48
  49     struct virtio_queue queue[2];
  50
  51     struct v3_stream * stream;
  52
  53
  54     struct virtio_queue * cur_queue;
  55
  56     struct v3_vm_info * vm;
  57
  58     int io_range_size;
  59
  60     void * backend_data;
  61     struct v3_dev_char_ops * ops;
  62 };
  63
  64
  65 struct virtio_console_state * cons_state = NULL;
  66
  67 static int virtio_reset(struct virtio_console_state * virtio) {
  68
  69     memset(virtio->queue, 0, sizeof(struct virtio_queue) * 2);
  70
  71     virtio->cur_queue = &(virtio->queue[0]);
  72
  73     virtio->virtio_cfg.status = 0;
  74     virtio->virtio_cfg.pci_isr = 0;
  75
  76     /* Console configuration */
  77     // virtio->virtio_cfg.host_features = VIRTIO_NOTIFY_HOST;
  78
  79     // Virtio Console uses two queues
  80     virtio->queue[0].queue_size = QUEUE_SIZE;
  81     virtio->queue[1].queue_size = QUEUE_SIZE;
  82
  83
  84     memset(&(virtio->cons_cfg), 0, sizeof(struct console_config));
  85
  86     return 0;
  87 }
  88
  89 static int get_desc_count(struct virtio_queue * q, int index) {
  90     struct vring_desc * tmp_desc = &(q->desc[index]);
  91     int cnt = 1;
  92
  93     while (tmp_desc->flags & VIRTIO_NEXT_FLAG) {
  94         tmp_desc = &(q->desc[tmp_desc->next]);
  95         cnt++;
  96     }
  97
  98     return cnt;
  99 }
 100
 101
 102 static int handle_kick(struct guest_info * core, struct virtio_console_state * virtio) {
 103     struct virtio_queue * q = virtio->cur_queue;
 104
 105     PrintDebug("VIRTIO CONSOLE KICK: cur_index=%d (mod=%d), avail_index=%d\n",
 106                q->cur_avail_idx, q->cur_avail_idx % QUEUE_SIZE, q->avail->index);
 107
 108     while (q->cur_avail_idx < q->avail->index) {
 109         struct vring_desc * tmp_desc = NULL;
 110         uint16_t desc_idx = q->avail->ring[q->cur_avail_idx % QUEUE_SIZE];
 111         int desc_cnt = get_desc_count(q, desc_idx);
 112         int i = 0;
 113         uint32_t req_len = 0;
 114
 115
 116         PrintDebug("Descriptor Count=%d, index=%d\n", desc_cnt, q->cur_avail_idx % QUEUE_SIZE);
 117
 118         for (i = 0; i < desc_cnt; i++) {
 119             addr_t page_addr;
 120             tmp_desc = &(q->desc[desc_idx]);
 121
 122
 123             PrintDebug("Console output (ptr=%p) gpa=%p, len=%d, flags=%x, next=%d\n",
 124                        tmp_desc,
 125                        (void *)(addr_t)(tmp_desc->addr_gpa), tmp_desc->length,
 126                        tmp_desc->flags, tmp_desc->next);
 127
 128             if (v3_gpa_to_hva(core, tmp_desc->addr_gpa, (addr_t *)&(page_addr)) == -1) {
 129                 PrintError("Could not translate block header address\n");
 130                 return -1;
 131             }
 132
 133             virtio->ops->output((uint8_t *)page_addr, tmp_desc->length, virtio->backend_data);
 134
 135             PrintDebug("Guest Console Currently Ignored\n");
 136
 137             req_len += tmp_desc->length;
 138             desc_idx = tmp_desc->next;
 139         }
 140
 141         q->used->ring[q->used->index % QUEUE_SIZE].id = q->avail->ring[q->cur_avail_idx % QUEUE_SIZE];
 142         q->used->ring[q->used->index % QUEUE_SIZE].length = req_len; // What do we set this to????
 143
 144         q->used->index++;
 145         q->cur_avail_idx++;
 146     }
 147
 148     if (!(q->avail->flags & VIRTIO_NO_IRQ_FLAG)) {
 149         PrintDebug("Raising IRQ %d\n",  virtio->pci_dev->config_header.intr_line);
 150         v3_pci_raise_irq(virtio->pci_bus, virtio->pci_dev, 0);
 151         virtio->virtio_cfg.pci_isr = VIRTIO_ISR_ACTIVE;
 152     }
 153
 154     return 0;
 155 }
 156
 157
 158 static uint64_t virtio_input(struct v3_vm_info * vm, uint8_t * buf, uint64_t len, void * private_data) {
 159     struct virtio_console_state * cons_state = private_data;
 160     struct virtio_queue * q = &(cons_state->queue[0]);
 161     int xfer_len = 0;
 162
 163    PrintDebug("VIRTIO CONSOLE Handle Input: cur_index=%d (mod=%d), avail_index=%d\n",
 164                q->cur_avail_idx, q->cur_avail_idx % QUEUE_SIZE, q->avail->index);
 165
 166
 167    if (q->cur_avail_idx != q->avail->index) {
 168        uint16_t input_idx = q->avail->ring[q->cur_avail_idx % q->queue_size];
 169        struct vring_desc * input_desc = NULL;
 170        uint8_t * input_buf = NULL;
 171
 172
 173        input_desc = &(q->desc[input_idx]);
 174
 175        if (v3_gpa_to_hva(&(cons_state->vm->cores[0]), input_desc->addr_gpa, (addr_t *)&(input_buf)) == -1) {
 176            PrintError("Could not translate receive buffer address\n");
 177            return 0;
 178        }
 179
 180        memset(input_buf, 0, input_desc->length);
 181
 182        xfer_len = (input_desc->length > len) ? len : input_desc->length;
 183
 184        memcpy(input_buf, buf, xfer_len);
 185
 186
 187        q->used->ring[q->used->index % q->queue_size].id = q->avail->ring[q->cur_avail_idx % q->queue_size];
 188        q->used->ring[q->used->index % q->queue_size].length = xfer_len;
 189
 190        q->used->index++;
 191        q->cur_avail_idx++;
 192    }
 193
 194
 195     // say hello
 196     if (!(q->avail->flags & VIRTIO_NO_IRQ_FLAG)) {
 197         v3_pci_raise_irq(cons_state->pci_bus, cons_state->pci_dev, 0);
 198             cons_state->virtio_cfg.pci_isr = 0x1;
 199     }
 200
 201     return xfer_len;
 202 }
 203
 204
 205 static int virtio_io_write(struct guest_info * core, uint16_t port, void * src, uint_t length, void * private_data) {
 206     struct virtio_console_state * virtio = (struct virtio_console_state *)private_data;
 207     int port_idx = port % virtio->io_range_size;
 208
 209
 210     PrintDebug("VIRTIO CONSOLE Write for port %d (index=%d) len=%d, value=%x\n",
 211                port, port_idx,  length, *(uint32_t *)src);
 212
 213
 214
 215     switch (port_idx) {
 216         case GUEST_FEATURES_PORT:
 217             if (length != 4) {
 218                 PrintError("Illegal write length for guest features\n");
 219                 return -1;
 220             }
 221
 222             virtio->virtio_cfg.guest_features = *(uint32_t *)src;
 223
 224             break;
 225         case VRING_PG_NUM_PORT:
 226             if (length == 4) {
 227                 addr_t pfn = *(uint32_t *)src;
 228                 addr_t page_addr = (pfn << VIRTIO_PAGE_SHIFT);
 229
 230
 231                 virtio->cur_queue->pfn = pfn;
 232
 233                 virtio->cur_queue->ring_desc_addr = page_addr ;
 234                 virtio->cur_queue->ring_avail_addr = page_addr + (QUEUE_SIZE * sizeof(struct vring_desc));
 235                 virtio->cur_queue->ring_used_addr = ( virtio->cur_queue->ring_avail_addr + \
 236                                                  sizeof(struct vring_avail)    + \
 237                                                  (QUEUE_SIZE * sizeof(uint16_t)));
 238
 239                 // round up to next page boundary.
 240                 virtio->cur_queue->ring_used_addr = (virtio->cur_queue->ring_used_addr + 0xfff) & ~0xfff;
 241
 242                 if (v3_gpa_to_hva(core, virtio->cur_queue->ring_desc_addr, (addr_t *)&(virtio->cur_queue->desc)) == -1) {
 243                     PrintError("Could not translate ring descriptor address\n");
 244                     return -1;
 245                 }
 246
 247
 248                 if (v3_gpa_to_hva(core, virtio->cur_queue->ring_avail_addr, (addr_t *)&(virtio->cur_queue->avail)) == -1) {
 249                     PrintError("Could not translate ring available address\n");
 250                     return -1;
 251                 }
 252
 253
 254                 if (v3_gpa_to_hva(core, virtio->cur_queue->ring_used_addr, (addr_t *)&(virtio->cur_queue->used)) == -1) {
 255                     PrintError("Could not translate ring used address\n");
 256                     return -1;
 257                 }
 258
 259                 PrintDebug("RingDesc_addr=%p, Avail_addr=%p, Used_addr=%p\n",
 260                            (void *)(virtio->cur_queue->ring_desc_addr),
 261                            (void *)(virtio->cur_queue->ring_avail_addr),
 262                            (void *)(virtio->cur_queue->ring_used_addr));
 263
 264                 PrintDebug("RingDesc=%p, Avail=%p, Used=%p\n",
 265                            virtio->cur_queue->desc, virtio->cur_queue->avail, virtio->cur_queue->used);
 266
 267             } else {
 268                 PrintError("Illegal write length for page frame number\n");
 269                 return -1;
 270             }
 271             break;
 272         case VRING_Q_SEL_PORT:
 273             virtio->virtio_cfg.vring_queue_selector = *(uint16_t *)src;
 274
 275             if (virtio->virtio_cfg.vring_queue_selector > 1) {
 276                 PrintError("Virtio Console device only uses 2 queue, selected %d\n",
 277                            virtio->virtio_cfg.vring_queue_selector);
 278                 return -1;
 279             }
 280
 281             virtio->cur_queue = &(virtio->queue[virtio->virtio_cfg.vring_queue_selector]);
 282
 283             break;
 284         case VRING_Q_NOTIFY_PORT:
 285             PrintDebug("Handling Kick\n");
 286             if (handle_kick(core, virtio) == -1) {
 287                 PrintError("Could not handle Console Notification\n");
 288                 return -1;
 289             }
 290             break;
 291         case VIRTIO_STATUS_PORT:
 292             virtio->virtio_cfg.status = *(uint8_t *)src;
 293
 294             if (virtio->virtio_cfg.status == 0) {
 295                 PrintDebug("Resetting device\n");
 296                 virtio_reset(virtio);
 297             }
 298
 299             break;
 300
 301         case VIRTIO_ISR_PORT:
 302             virtio->virtio_cfg.pci_isr = *(uint8_t *)src;
 303             break;
 304         default:
 305             return -1;
 306             break;
 307     }
 308
 309     return length;
 310 }
 311
 312
 313 static int virtio_io_read(struct guest_info * core, uint16_t port, void * dst, uint_t length, void * private_data) {
 314     struct virtio_console_state * virtio = (struct virtio_console_state *)private_data;
 315     int port_idx = port % virtio->io_range_size;
 316
 317
 318     PrintDebug("VIRTIO CONSOLE Read  for port %d (index =%d), length=%d\n",
 319                port, port_idx, length);
 320
 321     switch (port_idx) {
 322         case HOST_FEATURES_PORT:
 323             if (length != 4) {
 324                 PrintError("Illegal read length for host features\n");
 325                 return -1;
 326             }
 327
 328             *(uint32_t *)dst = virtio->virtio_cfg.host_features;
 329
 330             break;
 331         case VRING_PG_NUM_PORT:
 332             if (length != 4) {
 333                 PrintError("Illegal read length for page frame number\n");
 334                 return -1;
 335             }
 336
 337             *(uint32_t *)dst = virtio->cur_queue->pfn;
 338
 339             break;
 340         case VRING_SIZE_PORT:
 341             if (length != 2) {
 342                 PrintError("Illegal read length for vring size\n");
 343                 return -1;
 344             }
 345
 346             *(uint16_t *)dst = virtio->cur_queue->queue_size;
 347
 348             break;
 349
 350         case VIRTIO_STATUS_PORT:
 351             if (length != 1) {
 352                 PrintError("Illegal read length for status\n");
 353                 return -1;
 354             }
 355
 356             *(uint8_t *)dst = virtio->virtio_cfg.status;
 357             break;
 358
 359         case VIRTIO_ISR_PORT:
 360             *(uint8_t *)dst = virtio->virtio_cfg.pci_isr;
 361             virtio->virtio_cfg.pci_isr = 0;
 362             v3_pci_lower_irq(virtio->pci_bus, virtio->pci_dev, 0);
 363             break;
 364
 365         default:
 366             if ( (port_idx >= sizeof(struct virtio_config)) &&
 367                  (port_idx < (sizeof(struct virtio_config) + sizeof(struct console_config))) ) {
 368                 int cfg_offset = port_idx - sizeof(struct virtio_config);
 369                 uint8_t * cfg_ptr = (uint8_t *)&(virtio->cons_cfg);
 370
 371                 memcpy(dst, cfg_ptr + cfg_offset, length);
 372
 373             } else {
 374                 PrintError("Read of Unhandled Virtio Read\n");
 375                 return -1;
 376             }
 377
 378             break;
 379     }
 380
 381     return length;
 382 }
 383
 384
 385
 386
 387 static int connect_fn(struct v3_vm_info * vm,
 388                       void * frontend_data,
 389                       struct v3_dev_char_ops * ops,
 390                       v3_cfg_tree_t * cfg,
 391                       void * private_data,
 392                       void ** push_fn_arg) {
 393
 394     struct virtio_console_state * state = (struct virtio_console_state *)frontend_data;
 395
 396     state->ops = ops;
 397     state->backend_data = private_data;
 398
 399     state->ops->input = virtio_input;
 400     *push_fn_arg = state;
 401
 402     return 0;
 403 }
 404
 405 static int virtio_free(struct virtio_console_state * virtio) {
 406
 407     // unregister from PCI
 408
 409     V3_Free(virtio);
 410     return 0;
 411 }
 412
 413
 414 static struct v3_device_ops dev_ops = {
 415     .free = (int (*)(void *))virtio_free,
 416
 417 };
 418
 419
 420
 421
 422 static int virtio_init(struct v3_vm_info * vm, v3_cfg_tree_t * cfg) {
 423     struct vm_device * pci_bus = v3_find_dev(vm, v3_cfg_val(cfg, "bus"));
 424     struct virtio_console_state * virtio_state = NULL;
 425     struct pci_device * pci_dev = NULL;
 426     char * dev_id = v3_cfg_val(cfg, "ID");
 427
 428     PrintDebug("Initializing VIRTIO Console device\n");
 429
 430     if (pci_bus == NULL) {
 431         PrintError("VirtIO devices require a PCI Bus");
 432         return -1;
 433     }
 434
 435
 436     virtio_state = (struct virtio_console_state *)V3_Malloc(sizeof(struct virtio_console_state));
 437
 438     if (!virtio_state) {
 439         PrintError("Cannot allocate in init\n");
 440         return -1;
 441     }
 442
 443     memset(virtio_state, 0, sizeof(struct virtio_console_state));
 444
 445
 446     cons_state = virtio_state;
 447     cons_state->vm = vm;
 448
 449
 450
 451     struct vm_device * dev = v3_add_device(vm, dev_id, &dev_ops, virtio_state);
 452
 453     if (dev == NULL) {
 454         PrintError("Could not attach device %s\n", dev_id);
 455         V3_Free(virtio_state);
 456         return -1;
 457     }
 458
 459     // PCI initialization
 460     {
 461         struct v3_pci_bar bars[6];
 462         int num_ports = sizeof(struct virtio_config) + sizeof(struct console_config);
 463         int tmp_ports = num_ports;
 464         int i;
 465
 466
 467         // This gets the number of ports, rounded up to a power of 2
 468         virtio_state->io_range_size = 1; // must be a power of 2
 469
 470         while (tmp_ports > 0) {
 471             tmp_ports >>= 1;
 472             virtio_state->io_range_size <<= 1;
 473         }
 474
 475         // this is to account for any low order bits being set in num_ports
 476         // if there are none, then num_ports was already a power of 2 so we shift right to reset it
 477         if ((num_ports & ((virtio_state->io_range_size >> 1) - 1)) == 0) {
 478             virtio_state->io_range_size >>= 1;
 479         }
 480
 481
 482         for (i = 0; i < 6; i++) {
 483             bars[i].type = PCI_BAR_NONE;
 484         }
 485
 486         bars[0].type = PCI_BAR_IO;
 487         bars[0].default_base_port = -1;
 488         bars[0].num_ports = virtio_state->io_range_size;
 489
 490         bars[0].io_read = virtio_io_read;
 491         bars[0].io_write = virtio_io_write;
 492         bars[0].private_data = virtio_state;
 493
 494
 495         pci_dev = v3_pci_register_device(pci_bus, PCI_STD_DEVICE,
 496                                          0, PCI_AUTO_DEV_NUM, 0,
 497                                          "LNX_VIRTIO_CONSOLE", bars,
 498                                          NULL, NULL, NULL, NULL, virtio_state);
 499
 500         if (!pci_dev) {
 501             PrintError("Could not register PCI Device\n");
 502             v3_remove_device(dev);
 503             return -1;
 504         }
 505
 506         pci_dev->config_header.vendor_id = VIRTIO_VENDOR_ID;
 507         pci_dev->config_header.subsystem_vendor_id = VIRTIO_SUBVENDOR_ID;
 508
 509
 510         pci_dev->config_header.device_id = VIRTIO_CONSOLE_DEV_ID;
 511         pci_dev->config_header.class = PCI_CLASS_DISPLAY;
 512         pci_dev->config_header.subclass = PCI_DISPLAY_SUBCLASS_OTHER;
 513
 514         pci_dev->config_header.subsystem_id = VIRTIO_CONSOLE_SUBDEVICE_ID;
 515
 516         pci_dev->config_header.intr_pin = 1;
 517
 518         pci_dev->config_header.max_latency = 1; // ?? (qemu does it...)
 519
 520
 521         virtio_state->pci_dev = pci_dev;
 522         virtio_state->pci_bus = pci_bus;
 523     }
 524
 525     virtio_reset(virtio_state);
 526
 527     if (v3_dev_add_char_frontend(vm, dev_id, connect_fn, (void *)virtio_state) == -1) {
 528         PrintError("Could not register %s as frontend\n", dev_id);
 529         v3_remove_device(dev);
 530         return -1;
 531     }
 532
 533
 534     return 0;
 535 }
 536
 537
 538 device_register("LNX_VIRTIO_CONSOLE", virtio_init)